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INFORME: Principio de funcionamiento mecánico de una electrobomba

OBJETIVOS

- Se tiene como objetivo principal:

Determinar el funcionamiento centrado principalmente en la parte mecánica de una           electrobomba o bomba de agua.

- Cómo objetivos específicos:

Reconocer cada pieza y su respectiva función en la electrobomba.

Conocer el modo de instalación y/o montaje de la bomba centrifuga y sus medidas respectivas a usar (torque, nivel de posición, temperatura de trabajo, etc.).

Identificar las etapas del accionar mecánico en una bomba de agua centrifuga.

Calcular mediante fórmulas de la mecánica en los fluidos prescritas; el caudal, el volumen o la presión aproximados en la etapa funcional de la electrobomba.

JUSTIFICACIÓN

El presente informe tiene como finalidad la búsqueda de un conocimiento general o básico acerca de la función mecánica de una electrobomba de versión centrifuga, de común instalación en las viviendas. Esta investigación aporta un compilado de información extraída de diversas páginas web que detallaban la parte mecánica en cuestión. Algunos datos detallados en este informe datan de un modelo y/o marca de electrobomba en específico que será mostrada conjunto a su respectiva información.

MARCO CONCEPTUAL

La electrobomba centrífuga, también denominada bomba roto dinámica, es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete o impulsor, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba. Debido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente impulsor. Son máquinas basadas en la Ecuación de Euler.

Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aún más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).

Principio de funcionamiento Mecánico

Las bombas centrífugas son máquinas denominadas "receptoras" o "generadoras" que se emplean para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión. Para que un fluido fluya desde donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesita ningún gasto de energía (Por ejemplo: un globo desinflándose, o un líquido desplazándose desde donde la energía potencial es mayor hasta donde es menor) pero, para realizar el movimiento inverso, es necesaria una bomba, la cual le comunica al fluido energía, sea de presión, potencial o ambas. Para esto, necesariamente se tiene que absorber energía de alguna máquina motriz, ya sea un motor eléctrico, uno de combustión interna, o una turbina de vapor o gas, etc.

No obstante, decir que una bomba "genera presión" es una idea errónea, aunque ampliamente difundida. Las bombas están capacitadas para vencer la presión que el fluido encuentra en la descarga impuesta por el circuito. Piénsese en un compresor de llenado de botellones de aire comprimido para arranque de motores navales: El botellón en un principio está a presión atmosférica, y por ende la presión que debe vencer el compresor es sólo la representada por las caídas de presión en la línea, el filtro, los codos y las válvulas. No obstante, a medida que el botellón de aire comprimido se va llenando, es necesario también vencer la presión del aire que se fue acumulando en el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el llenado de un globo o de un neumático.

Partes constitutivas y características mecánicas:

Una de las ventajas más importantes de la bomba centrífuga es que tiene muy pocas partes móviles. Fuera de los cojinetes, la única parte movible es el rotor principal de la bomba. Observamos que un rotor lo constituye la unidad, árbol e impulsor.

Sin embargo, el mecánico requiere de conocer las partes de la bomba sobre las cuales se efectuará acciones de mantenimiento.

1. Impulsor
2. Carcaza
3. Árbol
4. Rodamientos
5. Empaquetaclura
6. Base
7. Prensa estopa
8. Anillo de desgaste de la carcaza
9. Anillo de desgaste del impulsor
10. Brida para conectar línea de descarga
11. Orificio de succión
12. Orificio para cebar la bomba

1. Impulsor 

El impulsor es el corazón de la bomba centrífuga, recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

*Impulsor de simple succión:
En un impulsor de simple succión el líquido entra por un solo extremo, es más práctico y usado por razones de construcción ya que simplifica considerablemente la forma de la carcasa,

2. La carcaza
La función de la carcaza en una bomba centrífuga es convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Según su construcción las carcazas pueden ser de una sola pieza o partidas.

Las carcazas de una sola pieza deben tener una parte abierta por donde entra el líquido. Sin embargo, para poder introducir el impulsor, es necesario que la carcaza esté partida y ello puede ser a través de un plano vertical, horizontal o inclinado.

Las carcazas que están partidas por un plano horizontal tienen la gran ventaja de que se pueden inspeccionar las partes internas sin tener que quitar las tuberías y se designan como bombas de caja partida. Se usan para abastecimientos de agua en grandes cantidades.

Según sus características de succión, las carcazas pueden ser de simple a doble succión, correspondiendo a las características del impulsor que succionará por uno o ambos extremos.

Las carcazas se construyen en su gran mayoría de hierro fundido; sin embargo éste tiene limitaciones debido a su baja resistencia a la tensión, por lo cual no se puede usar ni para altas presiones ni altas temperaturas donde deberán usarse materiales como acero, el cual con menores espesores podrán soportar presiones mayores. Raras veces se usan carcazas de hierro para presiones mayores de 1.000 lib/pul2 y temperaturas superiores a 350°F.

También se utiliza acero inoxidable y bronce en la construcción de las carcazas.

3. Ejes
El eje de un bomba centrífuga es el soporte de todos los elementos que giran en ella, transmitiendo además el movimiento que le imparte el eje del motor.

En el caso de una bomba centrífuga horizontal, el eje es una sola pieza a lo largo de toda la bomba; pero en las bombas de pozo profundo existe un eje de impulsores y después una serie de ejes de transmisión unidos por un acople que completan la longitud necesaria desde la última carcaza hasta el cabezal de descarga.

Los ejes generalmente son de acero, modificándose únicamente el contenido de carbono según la resistencia que se necesite.

4. Anillos de desgaste

La función del anillo de desgaste es el tener un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras que se producen entre el impulsor que gira y la carcaza fija, la presencia del desgaste es casi segura. En esta forma en lugar de cambiar todo el impulsor o toda la carcaza, solamente se quitan los anillos, los cuales pueden estar montados a presión en la carcaza o en el impulsor o en ambos.

Fases de los anillos de desgaste:

5. ESTOPEROS—EMPAQUES-PRENSA ESTOPAS

La función de estos es evitar el flujo hacia afuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa el eje de la bomba y el flujo del aire hacia el interior de la bomba. El estoperos es una cavidad concéntrica con el eje donde van colocados los empaques; prácticamente en todos los estoperos se tendrá que ejercer una cierta presión para contrarrestar o equilibrar la que ya existe en el interior de la bomba. En el estopero se coloca junto con la empaquetadura una “jaula de sello”, a través de la cual se le hace llegar de la parte exterior un lubricante que actúa como refrigerante.

El prensa-estopa se encarga de hacer presión sobre los empaques; es una pieza metálica que se mueve por medio de tornillos. Los materiales usados como empaques en las bombas centrífugas pueden ser diversos, los más usados son:

1. Empaque de asbesto, es suave y aconsejable para agua fría.

2. Para presiones y temperaturas más altas puede usarse una mezcla de fibras de asbesto y plomo o bien plástico. Sin embargo estos empaques se usan para otros líquidos diferentes de agua, en procesos industriales químicos y de refinación.
3. Para sustancias químicas se utilizan empaques de fibras sintéticas como el teflón, que da excelentes resultados.

Materiales obturadores de formables para empaquetaduras de prensa-estopas. a) Empaquetadura anular formada mediante presión y provista de una junta para facilitar el montaje; b) Empaquetadura cuerda trenzada para llenar la cámara correspondiente de prensa

6. Sellos Mecánicos

Los sellos mecánicos son dispositivos creados para evitar por completo las fugas. Normalmente tienen el mismo sitio de ubicación de las empaquetaduras convencionales.

Los sellos mecánicos tienen las siguientes ventajas sobre las empaquetaduras:

• Evita totalmente el goteo por lo tanto no se pierde sustancia bombeada.
• Las bases de las bombas son más fáciles de limpiar.
• Los costos de empacadura se reducen.

Sin embargo tienen también sus desventajas:

El lubricante se derrama en abundancia cuando los sellos están malos.
• Únicamente personal entrenado puede instalar sellos.
• No sirven para todos los líquidos.

Operación Mecánica de la bomba centrifuga

1. El arranque

Antes de arrancar una bomba centrífuga, tanto la carcaza de la misma como la tubería de succión tiene que estar totalmente llena del líquido que se desea bombear; mientras esta condición no haya sido satisfecha la bomba no podrá funcionar porque en vez de líquido succionará aire.

Lo anterior se llama “cebar La bomba”.

Se conocen tres diferentes maneras de cebar bombas centrífugas:

• Llenando la carcaza y la tubería de succión
• Mediante una bomba auxiliar de vacío
• Con ayuda de un eyector de aire de vapor de agua

a. El primer método consiste en llenar la caja (carcaza) y la tubería de succión del líquido a bombear, a través de un orificio o válvula cebante que se encuentra en la parte superior de la carcaza.

b. Con la bomba auxiliar de vació se aspira el aire de la caja de la bomba y de la tubería de succión.

c. El eyector extrae el aire de la caja de la bomba y de la tubería de succión y permite que el líquido que se va a bombear suba hasta el tope de la caja de la bomba. Se encuentra instalado en la parte más alta de la caja de la bomba.

Antes de arrancar la bomba gire manualmente el eje con el fin de probar si las partes a moverse están libres. Es posible que por dilatación en la tubería se puede producir algún contacto en los anillos.

Al arrancar la unidad tiene que graduarse la válvula de la descarga en forma gradual y lenta a fin de evitar una carga brusca repentina

2. Procedimiento para parada

Antes de parar el motor que impulsa la bomba cierre la válvula de descarga a la misma posición que tenía al momento del arranque. Luego apriétese el interruptor del apagado.

Instalación y/o montaje de la bomba centrifuga

1- Válvula de seccionamiento 

2- Conexión “Y” para cargar la bomba 

3- Check de columpio 

4- Manómetro para medición 

5- Fije correctamente la bomba en una base metálica y recibida en concreto 

6- Tramo corto posterior al reductor, que debe ser mínimo dos veces el diámetro del tubo 

7- Tuerca unión o bridas (asegurese que la tuerca unión este bien sellada) 

8- Reductor excéntrico que amplía el tubo de succión a por lo menos un tamaño comercial mayor (la velocidad del agua en la linea de succión no debe ser mayor a 2.4 m/seg.) 

9- Tramo recto lo más corto posible, pero no menor a 6 veces el diámetro del tubo para estabilizar el flujo 

10- Válvula compuerta para mantenimiento 

11- Sostenga el tubo según se requiera 

12- Lo más cerca posible al espejo del agua 

13- Para evitar vórtices, la sumergencia de la válvula de pie debe de ser cuando menos 4 veces el diámetro del tubo 

14- Mínimo un diámetro de la tubería al suelo 

15- Válvula de cierre silencioso de buena calidad que permita un buen paso de agua 

16- La profundidad de la de succión debe ser por lo menos 5 veces el diámetro del tubo 

17- El ancho de la caja debe ser por lo menos 3 veces el diámetro del tubo 

Detalles específicos

*Para mayores detalles acerca de la instalación de una bomba centrifuga visitar el siguiente enlace: http://www.fristam.com/DesktopModules/Bring2mind/DMX/Download.aspx?Command=Core_Download&EntryId=361&PortalId=0&TabId=305

Procedimiento para hallar resultados de una motobomba mediante formulas mecánicas

El hidroneumático, esta formado por un deposito de fierro, con una membrana de caucho que almacena el agua, al estanque se le inyecta aire a presión.

Los hidroneumáticos sirven para  automatizar las bombas y controlan el número de partidas horarias de los motores eléctricos. Esto es muy importante cuando se bombean caudales variables; es el caso de los artefactos sanitarios. Los motores eléctricos disipan calor, si tienen demasiadas partidas consecutivas, se recalientan. Cuanto más grande es el tamaño del hidroneumático menor son las partidas del motor de la bomba y este trabaja mas frío.

Estos equipos son muy confiables y fáciles de mantener. Se emplean en pequeñas bombas, como también en grandes equipos de bombeo para edificios.

Qa  : Caudal de conexión (lts./min)

Qb  : Caudal de desconexión (lts./min)

Pa   : Presión de conexión ( kg/ cm2)

Pb   : Presión de desconexión ( kg/ cm2)

T     : Tiempo entre partidas consecutivas ( minutos) ver tabla.

La carga inicial de aire del hidroneumático debe ser igual al valor de  (Pa).

El diferencial recomendado entre Pa y Pb debe ser de 10 a 15 m.c.a.

El caudal (Qb) debe ser siempre mayor al 25 % de (Qa).

MARCO PROCEDIMENTAL

Identificación de tres formulas

- Cálculo del caudal:

   Q = V / T

   Donde:

   Q es el caudal (lts/min)

   V es el volumen (lts)

   T es el tiempo (min)

- Potencia:

   P = Q x H

   Donde:

   P es la potencia (hp)

   Q es el caudal (lts/min)

   H es la altura (m)

- Altura nanometrica:

   H.m = Altura geometrica + perdidas de carga

   H.m = H.g + 10%H.g

Algoritmo del problema

   

Leo (opción)

En caso sea:

   Caso 1

     double Caudal

     int Volumen, Tiempo

       cin>> Volumen

       cin>> Tiempo

       Caudal = Volumen / Tiempo

       cout<< Caudal

   Caso 2

     double Potencia

     int Caudal, Altura

       cin>> Caudal

       cin>> Altura

       Potencia = Caudal * Altura

       cout<< Potencia

   Caso 3

      double Altura nanometrica

      int Altura geometrica, Perdidas de carga

        cin>> Altura geometrica

        cin>> Perdidas de carga

        Altura nanometrica = Altura geometrica + Perdidas de carga

        cout<< Altura nanometrica

   

Fin - caso

Diagrama de flujo

CODIFICANDO DE DEV C++

CONCLUSIONES

Se concluye este informe con la satisfacción de poder haber determinado los principios de funcionamiento mecánico de una motobomba desde lo más básico para poder asi comprender el correcto proceso mecánico que se realiza. Concluyendo con un nuevo conjunto de conocimientos a profundidad en las partes de una bomba centrifuga, el modo de operar y cómo instalarla. Además del reconocimiento de fórmulas fisicas relacionadas a la mecánica que nos ayudarán para encontrar cálculos nás precisos. Siendo estas un apoyo en nuestra labor de aprender más el curso Lenguaje de Programacion, haciendo uso de nuevos comando correspondientes a la 2da clase llevada a cabo en el laboratorio.

WEBGRAFIA

1) Hidroneumatico, Benoit. http://www.benoit.cl/Bombas2.htm

2) Mantenimiento de bombas centrifugas, Repositorio. http://repositorio.sena.edu.co/sitios/elementos_maquinas/vol17/volumen17.html#

3) Metalmecánica, Campus Virtual. http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/CURSO%20OPERADOR%20DE%20MANTENIMIENTO%20MECANICO%20INDUSTRIAL/17%20MANTENIMIENTO%20DE%20BOMBAS%20CENTRIFUGAS.pdf

4) Instalación correcta de una bomba centrifuga, Sistemas de bombeo. http://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%203%20Bombeo/Instalaci%C3%B3n%20correcta%20de%20una%20bomba%20centrifuga.pdf

5) Bomba Centrífuga, 

Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga

6) Manual operativo de las bombas centrifugas, Pompetravaini. http://www.preyva.com/bajar.php?id=B21%20Manual%20Centrifugas.pdf